Wykład6 - Wprowadzenie do sieci komputerowych

Podstawy Informatyki i Technologii Informacyjnej
Automatyka i Robotyka, Rok I
Wprowadzenie do sieci komputerowych
Bartosz Kuczewski
PWSZ Gªogów, 2009
Bartosz Kuczewski
Podstawy Informatyki i Technologii Informacyjnej
Denicja
Sie¢ komputerowa pewna liczba niezale»nie dziaªaj¡cych komputerów,
poª¡czonych ze sob¡ za pomoc¡ kanaªów komunikacyjnych (co pozwala
na wymian¦ informacji mi¦dzy komputerami).
Wªasno±ci:
komputery musza by¢ autonomiczne
st¡d ró»nica pomi¦dzy sieci¡ komputerow¡ a systemem
rozproszonego przetwarzania (tkwi de facto w oprogramowaniu czyli
w ró»nych systemach operacyjnych)
kanaªy transmisji danych dowolne ±rodki zyczne umo»liwiaj¡ce
przesyªanie informacji:
publiczna sie¢ telefoniczna
ª¡cza ±wiatªowodowe
ª¡cza mikrofalowe
ª¡cza satelitarne, itd.
Bartosz Kuczewski
Podstawy Informatyki i Technologii Informacyjnej
Zalety
Mo»liwo±¢ wspólnego u»ytkowania zasobów, np. zdalny dost¦p
do mocy obliczeniowej superkomputera
Du»a niezawodno±¢ dzi¦ki redundancji, czyli nadmiarowo±ci, np.
zwielokratnianie serwerów udost¦pniaj¡cych te same informacje
Oszcz¦dno±¢, np. dzi¦ki sieciom lokalnym (LAN Local Area
Network) mo»na stopniowo zwi¦ksza¢ moc obliczeniow¡ systemu
komputerowego w miar¦ wzrostu potrzeb w zakresie przetwarzania
danych
Skuteczny i pot¦»ny ±rodek komunikacji miedzyludzkiej
Bartosz Kuczewski
Podstawy Informatyki i Technologii Informacyjnej
Zalety
Mo»liwo±¢ wspólnego u»ytkowania zasobów, np. zdalny dost¦p
do mocy obliczeniowej superkomputera
Du»a niezawodno±¢ dzi¦ki redundancji, czyli nadmiarowo±ci, np.
zwielokratnianie serwerów udost¦pniaj¡cych te same informacje
Oszcz¦dno±¢, np. dzi¦ki sieciom lokalnym (LAN Local Area
Network) mo»na stopniowo zwi¦ksza¢ moc obliczeniow¡ systemu
komputerowego w miar¦ wzrostu potrzeb w zakresie przetwarzania
danych
Skuteczny i pot¦»ny ±rodek komunikacji miedzyludzkiej
Bartosz Kuczewski
Podstawy Informatyki i Technologii Informacyjnej
Klasykacja systemów wieloprocesorowych
Ze wzgl¦du na rozmiary zyczne i miejsce usytuowania procesorów:
odlegªo±¢ mi¦dzy
procesorami
0,1 m
1m
10 m
100 m
1000 m
10 km
100 km
1000km
10 000 km
lokalizacja
procesorów
karta obwody drukowanego
obudowa komputera
pokój
budynek
obszar uczelni
miasto
pa«stwo
kontynent
planeta
Bartosz Kuczewski
nazwa systemu
wieloprocesorowego
transputer
multiprocesor
sie¢ lokalna (LAN)
sie¢ rozlegªa (WAN)
(Wide Area Network)
sie¢ sieci rozlegªych
internet
Podstawy Informatyki i Technologii Informacyjnej
Struktura sieci
Hosty komputery, których podstawowym zadaniem jest
uruchamianie aplikacji, tzn. programów u»ytkownika
Podsie¢ komunikacyjna ª¡cz¡ca hosty i przenosz¡ca pomi¦dzy
nimi dane; skªada si¦ z:
kanaªów transmisyjnych
elementów przeª¡czaj¡cych, tzw. w¦zªów sieci, s¡ to zwykle
specjalizowane komputery, realizuj¡ce poª¡czenia pomi¦dzy dwoma
lub kilkoma kanaªami transmisyjnymi w taki sposób, by dane
wychodz¡ce z jednego hosta-nadawcy byªy kierowane do wªa±ciwego
hosta-odbiorcy. Ka»dy w¦zeª poª¡czony jest z jednym lub wieloma
hostami.
Wªasno±¢ takiej koncepcji oddzielenie zada« komunikacyjnych w sieci
od zada« aplikacyjnych, co znacznie upraszcza projektowanie sieci
Bartosz Kuczewski
Podstawy Informatyki i Technologii Informacyjnej
Struktura sieci
Granice podsieci
komunikacyjnej
Host
Wêze³
Bartosz Kuczewski
Podstawy Informatyki i Technologii Informacyjnej
Struktura sieci typy podsieci komunikacyjnej
Z kanaªami dwupunktowymi: w¦zªy s¡ poª¡czone ze sob¡ licznymi
liniami kablowymi, telefonicznymi itp.; zwykle 2 wybrane w¦zªy ª¡cz¡
si¦ za po±rednictwem w¦zªów po±rednich. Wiadomo±ci przesyªane
pomi¦dzy hostami dzieli si¦ na porcje, zwane pakietami technika
przeª¡czania pakietów. Mo»liwe s¡ ró»ne topologie poª¡cze«: sieci
lokalne zwykle w topologii symetrycznej, sieci rozlegªe zwykle w
topologii nieregularnej.
Z kanaªami rozgªoszeniowymi: 1 kanaª transmisyjny (wi¦kszo±¢
sieci lokalnych), wspólny dla wszystkich komputerów w sieci.
Pakiety wysyªane przez jeden z komputerów s¡ odbierane przez
wszystkie pozostaªe komputery ka»dy pakiet posiada specjalne
pole adresowe identykuj¡ce adresata w sieci.
Bartosz Kuczewski
Podstawy Informatyki i Technologii Informacyjnej
Struktura sieci typy podsieci komunikacyjnej
Niektóre topologie dwupunktowej podsieci komunikacyjnej
gwiazda, pier±cie«, drzewo, topologia zupeªna, topologia nieregularna
Bartosz Kuczewski
Podstawy Informatyki i Technologii Informacyjnej
Struktura sieci typy podsieci komunikacyjnej
Podstawowe topologie podsieci komunikacyjnej z kanaªami
rozgªoszeniowymi
szyna, naziemny system radiowy lub system satelitarny, pier±cie«
Bartosz Kuczewski
Podstawy Informatyki i Technologii Informacyjnej
Architektury sieci komputerowych
zaªo»enie wspomagaj¡ce projektowanie sieci: posiadanie w miar¦
prostej struktury logicznej
w praktyce: szereg uzale»nionych od siebie warstw (poziomów)
celem ka»dej warstwy jest oferowanie okre±lonych usªug warstwie
wy»szej
odpowiadaj¡ce sobie poziomami warstwy 2 komputerów komunikuj¡
si¦ nawzajem za pomoc¡ okre±lonego protokoªu (jest to tak
naprawd¦ komunikacja wirtualna, poniewa» korzystaj¡ z usªug
ni»szych warstw a» do poziomu zycznych ±rodków komunikacji)
mi¦dzy ka»d¡ par¡ warstw znajduje si¦ interfejs deniuj¡cy, jakie
pierwotne operacje i usªugi oferuje warstwa dolna warstwie górnej
zestaw warstw i protokoªów nazywamy architektur¡ sieci.
Bartosz Kuczewski
Podstawy Informatyki i Technologii Informacyjnej
Architektury sieci komputerowych
Warstwowa struktura sieci komputerowej
Warstwa n
Protokó³
warstwy n
Warstwa n
Interfejs warstw
n/n-1
Warstwa k+1
Protokó³
warstwy k+1
Warstwa k+1
Interfejs warstw
k+1/k
Warstwa k
Protokó³
warstwy k
Warstwa k
Interfejs warstw
k/k-1
Warstwa k-1
Protokó³
warstwy k-1
Warstwa k-1
Interfejs warstw
1/2
Warstwa 1
Protokó³
warstwy 1
Warstwa 1
Fizyczny kana³ transmisyjny
Bartosz Kuczewski
Podstawy Informatyki i Technologii Informacyjnej
Model odniesienia ISO/OSI
zaproponowany we wczesnych latach 80-tych XX w. przez
International Standard Organization (Mi¦dzynarodowa Organizacja
Normalizacyjna)
krok w kierunku normalizacji ró»nych protokoªów
nazwa: Open Systems Interconnection (Poª¡czenie Systemów
Otwartych dla komunikacji z innymi systemami)
posiada 7 warstw ustalonych na podstawie nast¦puj¡cych kryteriów
warstw¦ powinno tworzy¢ si¦, gdy wymagany jest nowy poziom
abstrakcji
ka»da warstwa powinna wykonywa¢ dobrze zdeniowan¡ funkcj¦
granice warstwy nale»y wyznaczy¢ tak, aby zminimalizowa¢ przepªyw
informacji pomi¦dzy warstwami
liczba warstw powinna by¢ na tyle du»a, aby nie ª¡czy¢ ró»nych
funkcji w tej samej warstwie, i na tyle maªa, by architektura
umo»liwiaªa ªatwe zarz¡dzanie sieci¡
nale»y mie¢ na uwadze denicje mi¦dzynarodowo normalizowanych
protokoªów
Bartosz Kuczewski
Podstawy Informatyki i Technologii Informacyjnej
Model odniesienia ISO/OSI
Warstwa
Warstwa
Protokó³ aplikacji
Aplikacji
Aplikacji
I
I
Protokó³ prezentacji
Prezentacji
Prezentacji
I
I
Protokó³ sesji
Sesji
Sesji
I
I
Protokó³ transportowy
Transportowa
GPK
I
Sieæ
Sieci
I
I
Sieæ
A
Sieci
A
PWPK
£¹cza danych
I
Transportowa
B
Fizyczna
C
£¹cze
danych
£¹cze
danych
£¹cze
fizyczne
£¹cze
fizyczne
Bartosz Kuczewski
I
£¹cza danych
B
I
Fizyczna
C
I - interfejs
GPK - granice
podsieci
komunikacyjnej
PWPK protokoªy
wewn¦trzne
podsieci
komunikacyjnej
A - protokóª
warstwa sieci
hosta - w¦zeª
B - protokóª
warstwa ª¡cza
danych hosta w¦zeª
C - protokóª
warstwa zyczna
hosta - w¦zeª
Podstawy Informatyki i Technologii Informacyjnej
Model odniesienia ISO/OSI
Sam model OSI nie jest architektur¡ sieciow¡ nie okre±la dokªadnie
jakie protokoªy stosowa¢ w ka»dej warstwie, nie deniuje równie» usªug
jakie oferuje ka»da warstwa.
ISO opracowaªa oddzielne normy dla ka»dej z warstw (nie stanowi¡ one
jednak cz¦±ci modelu odniesienia).
1 Warstwa zyczna zajmuje si¦ ±ci±le przesyªaniem bitów za
pomoc¡ kanaªu transmisyjnego (ustalenie typu ªaczówki sieciowej,
poziomów napi¦¢ 0 i 1, czas trwania bitu, itp.). Projektowanie tej
warstwy polega na ustaleniu interfejsów mechanicznych,
elektrycznych i proceduralnych mi¦dzy ta warstw¡ a ª¡czem
komunikacyjnym.
Do dyspozycji projektantów zestaw norm IEEE 802, RS 449, itp.
2 Warstwa ª¡cza danych gªównym zadaniem jest dostarczenie
warstwie sieci kanaªu komunikacyjnego wolnego od bª¦dów.
Strumie« danych nadajnika dzieli si¦ na mniejsze porcje, tzw. ramki
zawieraj¡ce na pocz¡tku i na ko«cu tzw. agi (okre±lone kombinacje
bitów umo»liwiaj¡ce detekcj¦ pocz¡tku i ko«ca ramki). Uwzgl¦dnia
si¦ te» potwierdzenie odbioru ramki przez odbiornik.
Do dyspozycji projektantów wiele norm, np. protokoªy SDLC,
HDLC, X.25 LAP, ATM, NDIS, ODI.
Bartosz Kuczewski
Podstawy Informatyki i Technologii Informacyjnej
Model odniesienia ISO/OSI
3
4
Warstwa sieci steruje dziaªaniem podsieci komunikacyjnej
(zagadnienie doboru drogi pakietu od ¹ródªa do miejsca
przeznaczenia). Warstwa sieciowa musi zawiera¢ oprogramowanie
umo»liwiaj¡ce obliczanie ilo±ci przesªanych bajtów w czasie trwania
poª¡czenia (niezale»nie od tego, czy jest ono lokalne, czy globalne).
Powinna tak»e realizowa¢ poª¡czenia sieci heterogenicznych (na ogóª
ró»ne systemy adresowania, ró»ne protokoªy)
Protokoªy warstwy sieci to m.in. X.25, IPX, VIP, IP.
Warstwa transportowa podstawowa czynno±¢: przyj¦cie danych z
wy»szej warstwy sesji, ew. rozdzielenie ich na mniejsze cz¦±ci,
przesªanie do ni»szej warstwy sieci i sprawdzenie, czy w komplecie
dotarªy do celu. Warstwa transportowa tworzy ró»ne poª¡czenia
sieciowe dla ka»dego poª¡czenia wymaganego przez warstw¦ sesji. w
celu zrealizowania poª¡czenia w warstwie transportowej program
komputera ¹ródªowego porozumiewa sie bezpo±rednio z programem
komputera docelowego (w warstwach ni»szych komputer
porozumiewa si¦ jedynie z najbli»szymi s¡siadami).
Protokoªy: internetowe protokoªy TCP i UDP, NetBIOS rmy
Microsoft i inne
Bartosz Kuczewski
Podstawy Informatyki i Technologii Informacyjnej
Model odniesienia ISO/OSI
5
Warstwa sesji pozwala u»ytkownikom ró»nych maszyn ustala¢
sesje mi¦dzy sob¡, umo»liwia taki sam transport danych jak warstwa
transportowa oraz dostarcza dodatkowe usªugi, np. praca na
zdalnym wielodost¦powym systemie komputerowym, transfer plików
pomi¦dzy komputerami.
Brak obowi¡zuj¡cych norm mi¦dzynarodowych dotycz¡cych
protokoªów tej warstwy.
6
7
Warstwa prezentacji dotyczy gªównie skªadni i znaczenia
przesyªanej w sieci informacji. Typowe usªugi tej warstwy to
kodowanie i szyfrowanie danych, kompresja danych, konwersje
kodów danych.
Brak obowi¡zuj¡cych norm mi¦dzynarodowych dotycz¡cych
protokoªów tej warstwy.
Warstwa aplikacji realizuje szereg protokoªów o du»ym znaczeniu
praktycznym, np. wirtualny terminal sieciowy, transfer plików
pomi¦dzy ró»ni¡cymi si¦ systemami, obsªuga poczty elektronicznej,
zdalnego przetwarzania wsadowego, itp.
Szereg znormalizowanych protokoªów: X.400, X.500, DTP, FTAM
Bartosz Kuczewski
Podstawy Informatyki i Technologii Informacyjnej
‘rodowiska sieci komputerowych
Tzw. ±rodowisko sieci komputerowej stanowi sieciowy system operacyjny i
oprogramowanie realizuj¡ce protokoªy zapewniaj¡ce wªa±ciw¡
komunikacj¦ pomi¦dzy komputerami oraz usªugi sieciowe.
Rodzaje sieciowych systemów operacyjnych:
Peer-to-peer (ka»dy z ka»dym) ka»dy u»ytkownik sieci mo»e
udost¦pnia¢ zasoby swojego komputera i korzysta¢ z zasobów
komputerów pozostaªych u»ytkowników. Wszyscy u»ytkownicy
posiadaj¡ te same uprawnienia. Przykªadem jest ±rodowisko sieciowe
Windows NT czy architektura SNA (Systems Network Architecture)
rmy IBM.
Dedicated Server (dedykowany serwer) jeden lub wi¦cej systemów
komputerowych peªni rol¦ serwera dedykowanego, ±wiadcz¡c jedynie
usªugi na rzecz u=»ytkowników sieci i nie wykonuj¡c »adnych innych
zada«. Przykªad: system operacyjny UNIX stosuj¡cy protokoªy
TCP/IP oraz system operacyjny Novell NetWare, realizuj¡cy
protokoªy SPX/IPX (Sequential Packet Exchange, International
Packet Exchange).
Bartosz Kuczewski
Podstawy Informatyki i Technologii Informacyjnej
Porównanie modelu OSI i realizacji praktycznych
OSI
Warstwa aplikacji
Warstwa prezentacji
Warstwa
sesji
Warstwa transportowa
Warstwa sieciowa
Warstwa
ª¡cza danych
Warstwa zyczna
NetWare
NetWare Core
Protocol (NCP)
Potoki
NetBIOS
nazwane
SPX
IPX
Sterowniki LAN
ODI
NDIS
Warstwa zyczna
Bartosz Kuczewski
UNIX
Network Filing
Systems (NFS)
SMTP, FTP
Telnet, SNTP
TCP
IP
Sterowniki LAN
Media Access Control
Warstwa zyczna
Podstawy Informatyki i Technologii Informacyjnej
Proces nadawania i odbioru danych w modelu OSI
Proces
nadawania
Proces
odbioru
dane
Warstwa
Aplikacji
AH
Warstwa
Prezentacji
PH
Warstwa
Sesji
SH
Warstwa
TH
dane
Warstwa
Aplikacji
dane
Warstwa
Prezentacji
dane
Warstwa
Sesji
Warstwa
dane
Transportowa
Transportowa
Warstwa
Sieci
Warstwa
£¹cza danych
NH
DH
dane
Warstwa
Fizyczna
bity
Bartosz Kuczewski
Warstwa
Sieci
dane
DT
Warstwa
£¹cza danych
Warstwa
Fizyczna
Podstawy Informatyki i Technologii Informacyjnej